KR20050050137A - High-strength steel product excelling in fatigue strength and process for producing the same - Google Patents

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Abstract

A high-strength steel product having excellent strength and fatigue strength such that the base metal strength is 1000 MPa or greater and the rotating bending fatigue strength 550 MPa or greater. In particular, a high-strength steel product comprising 0.3 to 0.8 mass% of C, 0.01 to 0.9 mass% of Si, 0.01 to 2.0 mass% of Mn and the balance of Fe and unavoidable impurities, wherein the steel structure is a ferrite/cementite structure of 7 mum or less grain diameter or a ferrite/cementite/pearlite structure of 7 mum or less grain diameter. Further, the surface layer part thereof after high-frequency hardening has a martensite structure of 12 mum or less old austenite grain diameter. Alternatively, the surface layer part thereof after nitriding has a fine ferrite structure of 10 mum or less grain diameter.

Description

피로 강도가 우수한 고강도 강재 및 그 제조방법 {HIGH-STRENGTH STEEL PRODUCT EXCELLING IN FATIGUE STRENGTH AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME}High strength steel with excellent fatigue strength and manufacturing method {HIGH-STRENGTH STEEL PRODUCT EXCELLING IN FATIGUE STRENGTH AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME}

본 발명은 조강(條鋼)을 사용한 자동차 부품, 예를 들어 등속 조인트, 드라이브 샤프트, 크랭크 샤프트, 커넥팅 로드 및 허브 등에 적용하여 바람직한, 피로 강도가 우수한 고강도 강재 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high strength steel having excellent fatigue strength and a method for producing the same, which are preferably applied to automobile parts using crude steel, for example, constant velocity joints, drive shafts, crank shafts, connecting rods and hubs.

커넥팅 로드 및 허브 등의 제품은, 열간 단조 또는 전조를 실시하고 그 후 절삭 가공하여 제조되어 왔다. 등속 조인트, 드라이브 샤프트, 크랭크 샤프트 및 허브 등의 제품은 기계 가공성을 높이기 위한 어닐링, 또는 구형화 어닐링 후 열간 단조 또는 전조를 실시하고, 그 후 부분적 또는 전체적으로 고주파 담금질 또는 질화 처리하여 제조되어 왔다. 이러한 용도의 제품에 대해서는, 차체 경량화를 위해 고강도화와 고피로수명화가 요구되고 있다.Products such as connecting rods and hubs have been manufactured by hot forging or rolling and then cutting. Products such as constant velocity joints, drive shafts, crankshafts and hubs have been produced by hot forging or forging after annealing or spherical annealing to increase machinability, and then by partly or wholly high frequency quenching or nitriding. For products for this purpose, high strength and high fatigue life are required to reduce the weight of the vehicle body.

종래부터 피로 강도를 향상시키기 위해서는 개재물의 최대직경을 작게 하는 것 및 개재물의 수를 감소시키는 것이 가장 유효하다고 알려져 있다.Conventionally, in order to improve fatigue strength, it is known that reducing the maximum diameter of inclusions and reducing the number of inclusions is most effective.

예를 들어, 특허문헌 1 에는 Al, N, Ti, Zr 및 S 등의 각 성분을 적절히 조정한 후에 황화물의 최대직경을 10㎛ 이하로, 또 청정도를 0.05% 이상으로 함으로써 피로 강도를 향상시키는 방법이 제안되어 있다. 그러나, 특히 고강도재에서는 반복 응력을 받으면 입계 파괴가 발생하기 쉬워져, 목표로 하는 피로 강도가 얻어지지 않는다는 문제가 있었다.For example, Patent Document 1 discloses a method of improving fatigue strength by appropriately adjusting each component such as Al, N, Ti, Zr and S by setting the maximum diameter of the sulfide to 10 µm or less and the cleanness to 0.05% or more. Is proposed. However, particularly in high strength materials, when cyclic stress is applied, grain boundary breakage tends to occur, and thus the target fatigue strength cannot be obtained.

또, 예를 들어 특허문헌 2 에는 선형 또는 막대형 압연강재에서 축심과 평행하고 또 축심에서 직경의 1/4 떨어진 위치의 단위면적 100㎟ 중에 존재하는 산화물 및 황화물을 20개 이하로 억제함으로써 피로 특성 및 전동 피로 특성을 개선하는 방법이 제안되어 있다. 그러나, 이 방법에서는, 피로 강도의 최대치는 770MPa 정도에 지나지 않아, 최근의 굽힘 피로 강도에 대한 요구에는 응할 수 없었다.Further, for example, Patent Document 2 discloses fatigue characteristics by suppressing 20 or less oxides and sulfides in a linear or bar-shaped rolled steel in a unit area of 100 mm 2 parallel to the axis center and distant from the axis center by 1/4. And a method for improving the rolling fatigue characteristic have been proposed. However, in this method, the maximum fatigue strength is only about 770 MPa, and cannot meet the recent demand for bending fatigue strength.

특허문헌 1 일본 공개특허공보 평11-302778호Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-302778

특허문헌 2 일본 공개특허공보 평11-1749호Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-1749

(발명의 개시)(Initiation of invention)

본 발명은 상기 현상을 감안하여 개발된 것으로, 성분조정과 함께 조직을 적절히 제어함으로써, 강도가 1000MPa 이상이고 회전 굽힘 피로 강도가 550MPa 이상인, 우수한 강도와 피로 강도를 겸비한 고강도 강재를, 그 유리한 제조방법과 함께 제안하는 것을 목적으로 한다.The present invention was developed in view of the above-mentioned phenomenon, and by controlling the structure appropriately with the composition adjustment, a high-strength steel having excellent strength and fatigue strength having a strength of 1000 MPa or more and a rotation bending fatigue strength of 550 MPa or more is an advantageous manufacturing method thereof. It is intended to propose together with.

또한, 본 발명은, 모재 조직과 표층부 조직을 적절히 제어함으로써, 모재 강도가 1000MPa 이상이고 고주파 담금질 후 또는 질화 후의 회전 굽힘 피로 강도가 800MPa 이상인, 우수한 강도와 피로 강도를 겸비한 고강도 강재를, 그 유리한 제조방법과 함께 제안하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention advantageously produces a high-strength steel having excellent strength and fatigue strength, in which the base material strength is 1000 MPa or more and the rotation bending fatigue strength after high frequency quenching or nitriding is 800 MPa or more by appropriately controlling the base material structure and the surface layer structure. It is intended to propose along with the method.

발명자들은 상기 목적을 달성하기 위하여 예의연구를 거듭한 결과, 이하에 서술하는 지견을 얻었다.The inventors earned the following knowledge as a result of earnest research to achieve the above object.

(1) 강재의 결정입경을 미세하게 하면 강도 및 피로 강도가 함께 향상되지만, 단순히 결정입경을 미세하게만 해서는 본 발명이 목표로 하는 피로 강도는 얻어지지 않는다.(1) If the grain size of the steel is finer, the strength and the fatigue strength are improved together. However, if the grain size is simply fined, the fatigue strength targeted by the present invention is not obtained.

(2) 성분을 조정하여 강 조직을 미세입자 페라이트뿐만 아니라 미세입자 세멘타이트가 생성되도록 하면, 피로 강도가 효과적으로 향상된다. 또한, 이 미세분산 세멘타이트는 균일 신장을 크게 하는 작용이 있기 때문에, 재료의 가공성이 향상된다.(2) When the component is adjusted so that not only the fine grain ferrite but also fine grain cementite is produced, the fatigue strength is effectively improved. Moreover, since this fine dispersion cementite has the effect | action which enlarges uniform elongation, the workability of a material improves.

(3) 강 조직을 미세 페라이트와 미세 세멘타이트를 갖는 조직으로 하기 위해서는, 강의 성분 조정에 더하여 550∼700℃ 의 온도역에서 변형 1.0 이상의 가공을 실시하는 것이 효과적이다.(3) In order to make the steel structure into a structure having fine ferrite and fine cementite, it is effective to perform deformation 1.0 or more processing at a temperature range of 550 to 700 ° C in addition to the steel component adjustment.

(4) 강재의 결정입경을 미세하게 하면 강도 및 피로 강도가 함께 향상되지만, 단순히 결정입경을 미세하게만 해서는 그 후의 고주파 담금질에 의해 결정입자가 조대화되기 때문에, 본 발명이 목표로 하는 피로 강도는 얻어지지 않는다.(4) Finer grain size improves both strength and fatigue strength, but simply fine grain size results in coarsening of crystal grains by high frequency quenching. Is not obtained.

(5) 성분을 조정하여 강 조직을 미세 페라이트뿐만 아니라 미세 세멘타이트가 생성되도록 하면, 이 미세분산 세멘타이트 및 모재 페라이트 입자계가 고주파 가열시에 오스테나이트화의 핵으로 작용하여 다수의 핵으로부터 오스테나이트화가 일어나게 되기 때문에, 최종적으로 얻어지는 마르텐사이트의 구오스테나이트(prior austenite) 입경도 미세화된다. 그 결과, 고주파 담금질 후에도 강도 및 피로 강도가 각별히 향상된다.(5) If the components are adjusted so that not only fine ferrite but also fine cementite are produced in the steel structure, the finely dispersed cementite and the base material ferrite grain system act as nuclei of austenitization at high frequency heating, and austenite from a plurality of nuclei Since marring occurs, the final austenite grain size of martensite finally obtained is also reduced. As a result, the strength and fatigue strength are significantly improved even after high frequency quenching.

(6) 고주파 담금질에서는 비교적 저온으로 하는 것이 개선효과는 크다.(6) In high frequency quenching, the relatively low temperature has a significant improvement effect.

(7) 강재의 결정입경을 미세하게 하면 강도 및 피로 강도가 함께 향상되지만, 그 후 표층부에 질화 처리를 실시하는 경우에는, 단순히 결정입경을 미세하게만 해서는 그 후의 질화 처리에 의해 결정립이 조대화되기 때문에, 본 발명이 목표로 하는 피로 강도는 얻어지지 않는다.(7) If the grain size of the steel is finer, the strength and the fatigue strength are improved together. However, in the case where the nitriding treatment is performed on the surface layer portion, the grain size is coarsened by subsequent nitriding treatment simply by making the grain size finer. Therefore, the fatigue strength aimed at by this invention is not obtained.

(8) 성분을 조정하여 강 조직을 미세 페라이트뿐만 아니라 미세 세멘타이트가 생성되도록 하면, 이 미세분산 세멘타이트가 질화시에 피닝의 역할을 하여 페라이트의 입자 성장을 억제한다. 그 때문에, 최종적으로 얻어지는 표층부의 페라이트 입경도 미세해진다. 그 결과, 질화 처리 후에서도 강도 및 피로 강도가 각별히 향상된다.(8) When the component is adjusted so that not only fine ferrite but also fine cementite is produced in the steel structure, the finely dispersed cementite plays a role of pinning during nitriding, thereby suppressing ferrite grain growth. Therefore, the ferrite particle diameter of the surface layer part finally obtained becomes fine. As a result, even after nitriding treatment, the strength and fatigue strength are significantly improved.

(발명을 실시하기 위한 최선의 형태)(The best mode for carrying out the invention)

즉, 본 발명의 요지 구성은 다음과 같다.That is, the summary structure of this invention is as follows.

1. C: 0.3∼0.8질량%, 1.C: 0.3-0.8 mass%,

Si: 0.01∼0.9질량% 및Si: 0.01-0.9 mass% and

Mn: 0.01∼2.0질량%Mn: 0.01-2.0 mass%

를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불가피 불순물의 조성이 되고, 조직은 입경이 7㎛ 이하인 페라이트와 세멘타이트 조직, 또는 입경이 7㎛ 이하인 페라이트와 세멘타이트와 펄라이트 조직인 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 고강도 강재.And the balance is composed of Fe and unavoidable impurities, and the structure is a ferrite and cementite structure having a particle diameter of 7 μm or less, or a ferrite, cementite and pearlite structure having a particle size of 7 μm or less, and has excellent fatigue strength. Steel.

2. 1 의 강재에 있어서, 추가로,2. In 1 steel, further,

Mo: 0.05∼0.6질량%Mo: 0.05-0.6 mass%

를 함유하는 조성이 되는 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 고강도 강재.A high strength steel having excellent fatigue strength, characterized by being a composition containing a.

3. 2 의 강재에 있어서, 추가로3. For 2 steels, additionally

Al: 0.015∼0.06질량%, Al: 0.015-0.06 mass%,

Ti: 0.005∼0.030질량%, Ti: 0.005-0.030 mass%,

Ni: 1.0질량% 이하, Ni: 1.0 mass% or less,

Cr: 1.0질량% 이하, Cr: 1.0 mass% or less,

V: 0.1질량% 이하, V: 0.1 mass% or less,

Cu: 1.0질량% 이하, Cu: 1.0 mass% or less,

Nb: 0.05질량% 이하, Nb: 0.05 mass% or less,

Ca: 0.008질량% 이하 및Ca: 0.008 mass% or less and

B: 0.004질량% 이하B: 0.004 mass% or less

중에서 선택한 1종 또는 2종 이상을 함유하는 조성이 되는 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 고강도 강재.A high strength steel having excellent fatigue strength, characterized by being a composition containing one or two or more selected from among them.

4. 1, 2 또는 3 에 있어서, 세멘타이트의 조직분율이 4vol% 이상인 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 고강도 강재.4. The high strength steel having excellent fatigue strength according to 1, 2 or 3, wherein the cementite has a structure fraction of 4 vol% or more.

5. 2 의 강재에 있어서, 추가로 고주파 담금질 후의 표층부가 구오스테나이트 입경이 12㎛ 이하인 마르텐사이트 조직이 되는 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 고강도 강재. 5. Steel 2, wherein the surface layer after high-frequency quenching is a martensitic structure having an austenite grain size of 12 µm or less.

6. 5 의 강재에 있어서, 추가로 6. For 5 steels, additionally

Al: 0.015∼0.06질량%, Al: 0.015-0.06 mass%,

Ti: 0.005∼0.030질량%, Ti: 0.005-0.030 mass%,

Ni :1.0질량% 이하, Ni: 1.0 mass% or less,

Cr: 1.0질량% 이하,Cr: 1.0 mass% or less,

V: 0.1질량% 이하, V: 0.1 mass% or less,

Cu: 1.0질량% 이하, Cu: 1.0 mass% or less,

Nb: 0.05질량% 이하, Nb: 0.05 mass% or less,

Ca: 0.008질량% 이하 및Ca: 0.008 mass% or less and

B: 0.004질량% 이하B: 0.004 mass% or less

중에서 선택한 1종 또는 2종 이상을 함유하는 조성이 되는 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 고강도 강재.A high strength steel having excellent fatigue strength, characterized by being a composition containing one or two or more selected from among them.

7. 2 의 강재에 있어서, 추가로,7. For 2 steels, in addition,

질화 처리 후의 표층부의 페라이트 입경이 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 강재의 표층부에 질화 처리에 의한 경화층을 갖추는 고강도 강재.The ferrite grain size of the surface layer part after nitriding is 10 micrometers or less, The high strength steel provided with the hardening layer by nitriding in the surface layer part of steel materials excellent in fatigue strength.

8. 7 의 강재에 있어서, 추가로,8. For the steel of 7, furthermore,

Al: 0.015∼0.06질량%, Al: 0.015-0.06 mass%,

Ti: 0.005∼0.030질량%, Ti: 0.005-0.030 mass%,

Ni: 1.0질량% 이하, Ni: 1.0 mass% or less,

Cr: 1.0질량% 이하, Cr: 1.0 mass% or less,

V: 0.1질량% 이하, V: 0.1 mass% or less,

Cu: 1.0질량% 이하, Cu: 1.0 mass% or less,

Nb: 0.05질량% 이하, Nb: 0.05 mass% or less,

Ca: 0.008질량% 이하, 및Ca: 0.008 mass% or less, and

B: 0.004질량% 이하 B: 0.004 mass% or less

중에서 선택한 1종 또는 2종 이상을 함유하는 조성이 되는 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 고강도 강재.A high strength steel having excellent fatigue strength, characterized by being a composition containing one or two or more selected from among them.

9. 7 또는 8 에 있어서, 모재 조직 중에서의 세멘타이트의 조직분율이 4vol% 이상인 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 고강도 강재.9. The high-strength steel having excellent fatigue strength according to 7 or 8, wherein the structure fraction of cementite in the base metal structure is 4 vol% or more.

10. C: 0.3∼0.8질량%, 10. C: 0.3-0.8 mass%,

Si: 0.01∼0.9질량% 및Si: 0.01-0.9 mass% and

Mn: 0.01∼2.0질량% Mn: 0.01-2.0 mass%

를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불가피 불순물의 조성이 되는 강소재를 550∼700℃ 의 온도역에서 변형이 1.0 이상인 가공을 실시하는 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 고강도 강재의 제조방법.Wherein the remainder is subjected to processing with a strain of 1.0 or more at a temperature in the range of 550 to 700 ° C. in which the remainder is composed of Fe and unavoidable impurities.

11. 10 에 있어서, 강소재가, 추가로11. The steel material of 10 is further

Mo: 0.05∼0.6질량% Mo: 0.05-0.6 mass%

를 함유하는 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 고강도 강재의 제조법.A method for producing a high strength steel having excellent fatigue strength, characterized by containing a.

12. 11 에 있어서, 강소재가, 추가로12. The steel material of 11 is further

Al: 0.015∼0.06질량%, Al: 0.015-0.06 mass%,

Ti: 0.005∼0.030질량%, Ti: 0.005-0.030 mass%,

Ni: 1.0질량% 이하, Ni: 1.0 mass% or less,

Cr: 1.0질량% 이하, Cr: 1.0 mass% or less,

V: 0.1질량% 이하, V: 0.1 mass% or less,

Cu: 1.0질량% 이하, Cu: 1.0 mass% or less,

Nb: 0.05질량% 이하, Nb: 0.05 mass% or less,

Ca: 0.008질량% 이하 및Ca: 0.008 mass% or less and

B: 0.004질량% 이하B: 0.004 mass% or less

중에서 선택한 1종 또는 2종 이상을 함유하는 조성이 되는 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 고강도 강재의 제조방법.A method for producing a high strength steel having excellent fatigue strength, characterized in that the composition contains one or two or more selected from among them.

13. 11 에 있어서, 13. With 11,

강소재를, 550∼700℃550 ~ 700 ℃ for steel

의 온도역에서 변형이 1.0 이상인 가공을 실시하고, 그 후에 고주파 담금질을 실시하는 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 고강도 강재의 제조방법.A method for producing a high strength steel having excellent fatigue strength, wherein the deformation is performed at a temperature range of 1.0 or more, followed by high frequency quenching.

14. 13 에 있어서, 강소재가, 추가로,14. The material of 13, further comprising:

Al: 0.015∼0.06질량%, Al: 0.015-0.06 mass%,

Ti: 0.005∼0.030질량%, Ti: 0.005-0.030 mass%,

Ni: 1.0질량% 이하, Ni: 1.0 mass% or less,

Cr: 1.0질량% 이하, Cr: 1.0 mass% or less,

V: 0.1질량% 이하, V: 0.1 mass% or less,

Cu: 1.0질량% 이하,Cu: 1.0 mass% or less,

Nb: 0.05질량% 이하, Nb: 0.05 mass% or less,

Ca: 0.008질량% 이하 및Ca: 0.008 mass% or less and

B: 0.004질량% 이하B: 0.004 mass% or less

중에서 선택한 1종 또는 2종 이상을 함유하는 조성이 되는 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 고강도 강재의 제조방법.A method for producing a high strength steel having excellent fatigue strength, characterized in that the composition contains one or two or more selected from among them.

15. 11 에 있어서, 15. The method of 11,

강소재를, 550∼700℃ 의 온도역에서 변형이 1.0 이상인 가공을 실시하고, 그 후에 표층부에 질화 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 고강도 강재의 제조방법.A method for producing a high strength steel having excellent fatigue strength, wherein the steel material is subjected to processing having a strain of 1.0 or more at a temperature range of 550 to 700 ° C., followed by nitriding treatment on the surface layer portion.

16. 15 에 있어서, 강소재가, 추가로16. The steel material according to 15, further

Al: 0.015∼0.06질량%, Al: 0.015-0.06 mass%,

Ti: 0.005∼0.030질량%, Ti: 0.005-0.030 mass%,

Ni: 1.0질량% 이하, Ni: 1.0 mass% or less,

Cr: 1.0질량% 이하, Cr: 1.0 mass% or less,

V: 0.1질량% 이하, V: 0.1 mass% or less,

Cu: 1.0질량% 이하, Cu: 1.0 mass% or less,

Nb: 0.05질량% 이하, Nb: 0.05 mass% or less,

Ca: 0.008질량% 이하 및Ca: 0.008 mass% or less and

B: 0.004질량% 이하B: 0.004 mass% or less

중에서 선택한 1종 또는 2종 이상을 함유하는 조성이 되는 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 고강도 강재의 제조방법.A method for producing a high strength steel having excellent fatigue strength, characterized in that the composition contains one or two or more selected from among them.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다. 먼저, 본 발명에서 강재의 성분 조성을 상기의 범위로 한정한 이유에 대하여 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. First, the reason which limited the component composition of steel materials to said range in this invention is demonstrated.

C: 0.3∼0.8질량%C: 0.3-0.8 mass%

C 는 모재의 강도를 상승시킴과 함께 필요량의 세멘타이트를 확보하기 위해 필요한 원소이다. 여기에서, C 함유량이 0.3질량% 가 되지 않으면 상기 효과가 얻어지지 않고, 한편 0.8질량% 를 초과하면 피삭성이나 피로 강도, 단조성의 저하를 초래하기 때문에, C 량은 0.3∼0.8질량% 의 범위로 한정하였다.C is an element necessary for increasing the strength of the base metal and securing the required amount of cementite. Here, if the C content is not 0.3% by mass, the above effects are not obtained. On the other hand, if the C content is more than 0.8% by mass, the machinability, fatigue strength, and forging are lowered. Therefore, the amount of C is 0.3 to 0.8% by mass. It was limited to the range.

Si: 0.01∼0.9질량%Si: 0.01-0.9 mass%

Si 는 탈산제로서 작용할 뿐만 아니라 강도의 향상에도 효과적으로 기여하지만, 함유량이 0.01질량% 가 되지 않으면 그 첨가효과가 떨어지고, 한편 0.9질량% 를 초과하면 피삭성 및 단조성의 저하를 초래하기 때문에, Si 량은 0.01∼0.9질량% 의 범위로 한정하였다.Si not only acts as a deoxidizer but also contributes effectively to the improvement of strength, but if the content is not 0.01% by mass, the effect of addition is inferior. On the other hand, if the content exceeds 0.9% by mass, the amount of Si is reduced. Was limited to the range of 0.01-0.9 mass%.

Mn: 0.01∼2.0질량%Mn: 0.01-2.0 mass%

Mn 은 강도의 향상뿐만 아니라 피로 강도의 향상에 효과적으로 기여하지만, 함유량이 0.01질량% 가 되지 않으면 그 첨가효과가 떨어지고, 한편 2.0질량% 를 초과하면 피삭성이나 단조성을 열화시키기 때문에, Mn 량은 0.01∼2.0질량% 의 범위로 한정하였다.Mn effectively contributes not only to the improvement of strength but also to the improvement of fatigue strength, but if the content does not reach 0.01% by mass, the effect of addition decreases. On the other hand, if the content exceeds 2.0% by mass, Mn deteriorates machinability and forging. It limited to the range of -2.0 mass%.

이상 기본 성분에 대하여 설명하였는데, 본 발명에서는 그 외에도 이하에 서술하는 원소를 적절히 함유시킬 수 있다.As mentioned above, although the basic component was demonstrated, in this invention, the element described below can be contained suitably.

Mo: 0.05∼0.6질량%Mo: 0.05-0.6 mass%

Mo 는 페라이트 입자의 성장을 억제하는 데에 있어서 유용한 원소이고, 그러기 위해서는 적어도 0.05질량% 를 필요로 하지만, 0.6질량% 를 초과해 첨가하면 피삭성의 열화를 초래하기 때문에, Mo 량은 0.05∼0.6질량% 의 범위로 한정하였다.Mo is an element that is useful for suppressing the growth of ferrite particles, but at least 0.05 mass% is required for this purpose, but if it is added in excess of 0.6 mass%, the amount of Mo is 0.05 to 0.6 mass. It was limited to the range of%.

Al: 0.015∼0.06질량% Al: 0.015-0.06 mass%

Al 은 강의 탈산제로서 작용한다. 그러나, 함유량이 0.015질량% 가 되지 않으면 그 첨가효과가 떨어지고, 한편 0.06질량% 를 초과하면 피삭성 및 피로 강도의 저하를 초래하기 때문에, Al 량은 0.015∼0.06질량% 의 범위로 한정하였다.Al acts as a deoxidizer for steel. However, when the content is not 0.015% by mass, the addition effect is inferior, while when it exceeds 0.06% by mass, the machinability and the fatigue strength are reduced, so the Al content is limited to the range of 0.015 to 0.06% by mass.

Ti: 0.005∼0.030질량% Ti: 0.005-0.030 mass%

Ti 는 TiN 의 피닝 효과에 의해 결정입자를 미세화하기 위해 유용한 원소이고, 이 효과를 얻기 위해서는 적어도 0.005질량% 의 첨가를 필요로 하지만, 0.030질량% 을 초과해 첨가하면 피로 강도의 저하를 초래하기 때문에, Ti 량은 0.005∼0.030질량% 의 범위로 한정하였다.Ti is an element that is useful for miniaturizing crystal grains by the pinning effect of TiN, and at least 0.005 mass% of addition is required to obtain this effect, but addition of more than 0.030 mass% causes a decrease in fatigue strength. , Ti amount was limited to the range of 0.005 to 0.030 mass%.

Ni: 1.0질량% 이하Ni: 1.0 mass% or less

Ni 는 강도상승 및 Cu 첨가시의 균열 방지에 효과적이지만, 1.0질량% 를 초과해 첨가하면 담금질 균열을 일으키기 쉬워지므로, 1.0질량% 이하로 한정하였다.Ni is effective for preventing the increase in strength and cracking when Cu is added. However, since Ni is more likely to cause quenched cracking when added in excess of 1.0% by mass, Ni is limited to 1.0% by mass or less.

Cr: 1.0질량% 이하Cr: 1.0 mass% or less

Cr 은 강도상승에 효과적이지만, 1.0질량% 를 초과해 첨가하면 탄화물을 안정화시켜 잔류 탄화물의 생성을 촉진하고 입계 강도를 저하시키며, 또 피로 강도의 저하도 초래하기 때문에, 1.0질량% 이하로 한정하였다.Cr is effective in increasing strength, but addition of more than 1.0% by mass stabilizes the carbides to promote the formation of residual carbides, lower the grain boundary strength, and also reduce the fatigue strength, so it is limited to 1.0% by mass or less. .

V: 0.1질량% 이하V: 0.1 mass% or less

V 는 탄화물이 되어 석출됨으로써 피닝에 의한 조직미세화 효과를 발휘하는 유용원소이지만, 0.1질량% 를 초과해 첨가해도 효과가 포화되기 때문에, 0.1질량% 이하로 한정하였다.V is a useful element which becomes a carbide and precipitates, and exhibits the structure micronizing effect by pinning, but since the effect is saturated even if it exceeds 0.1 mass%, it was limited to 0.1 mass% or less.

Cu: 1.0질량% 이하Cu: 1.0 mass% or less

Cu 는 고용강화 및 석출강화에 의해 강도를 향상시키는 유용원소이고, 또한 담금질성의 향상에도 효과적으로 기여하지만, 함유량이 1.0질량% 를 초과하면 열간 가공시에 균열이 발생하기 쉬워 제조가 곤란해지기 때문에, 1.0질량% 이하로 한정하였다.Cu is a useful element that improves strength by solid solution strengthening and precipitation strengthening, and effectively contributes to the improvement of hardenability. However, if the content exceeds 1.0% by mass, Cu is prone to cracking during hot working, making manufacturing difficult. It was limited to 1.0 mass% or less.

Nb: 0.05질량% 이하Nb: 0.05 mass% or less

Nb 는 석출에 의해 페라이트 입자를 피닝하는 효과가 있지만, 0.05질량% 를 초과해 첨가해도 그 효과는 포화되기 때문에, 0.05질량% 이하로 한정하였다.Although Nb has an effect of pinning ferrite particles by precipitation, even if it exceeds 0.05 mass%, since the effect is saturated, it was limited to 0.05 mass% or less.

Ca: 0.008질량% 이하Ca: 0.008 mass% or less

Ca 는 개재물을 구형화하여 피로 특성을 개선하는 유용원소이지만, 0.008질량% 를 초과해 첨가하면 개재물이 조대화되고, 반대로 피로 특성을 열화시키는 경향이 있기 때문에, 0.008질량% 이하로 한정하였다.Ca is a useful element for spherical inclusions to improve fatigue characteristics. However, Ca is limited to 0.008% by mass or less because the inclusions tend to coarsen and conversely deteriorate fatigue characteristics.

B: 0.004질량% 이하B: 0.004 mass% or less

B 는 입계 강화에 의해 피로 특성을 개선할 뿐만 아니라 강도를 향상시키는 유용원소이지만, 0.004질량% 를 초과해 첨가해도 그 효과는 포화되기 때문에, 0.004질량% 이하로 한정하였다.B is a useful element that not only improves the fatigue characteristics by strengthening the grain boundary but also improves the strength, but the effect is saturated even if it is added exceeding 0.004% by mass, so it is limited to 0.004% by mass or less.

이상 적합 성분 조성에 대하여 설명하였지만, 본 발명에서는 성분 조성을 상기 범위로 한정하는 것만으로는 불충분하며, 이하에 서술하는 바와 같이 강 조직의 조정도 중요하다.Although the suitable component composition was demonstrated above, in this invention, just limiting a component composition to the said range is insufficient, and adjustment of a steel structure is also important as mentioned below.

조직이, 입경이 7㎛ 이하인 페라이트와 세멘타이트 조직 또는 입경이 7㎛ 이하인 페라이트와 세멘타이트와 펄라이트 조직The structure is a ferrite and cementite structure having a particle size of 7 μm or less, or the ferrite, cementite and pearlite structure having a particle size of 7 μm or less.

조직이, 7㎛ 이하의 페라이트와 세멘타이트 조직 또는 7㎛ 이하의 페라이트와 세멘타이트와 펄라이트 조직이 아니면, 본 발명에서 목표인 강도 ≥ 1000MPa 가 얻어지지 않는다. 따라서, 페라이트 입경은 7㎛ 이하로 한정하였다. 보다 바람직하게는 5㎛ 이하이다.If the structure is not 7 µm or less of ferrite and cementite structure, or 7 µm or less of ferrite, cementite and pearlite structure, the strength ≧ 1000 MPa, which is a target in the present invention, is not obtained. Therefore, the ferrite particle diameter was limited to 7 µm or less. More preferably, it is 5 micrometers or less.

모재 조직, 즉 고주파 담금질 전의 조직 (고주파 담금질 후의 표층부 담금질 조직 이외의 부분에 상당) 이, 입경이 7㎛ 이하인 페라이트와 세멘타이트 조직 또는 입경이 7㎛ 이하인 페라이트와 세멘타이트와 펄라이트 조직이 아니면, 본 발명에서 목표인 1000MPa 이상의 모재 강도가 얻어지지 않는다. 또한, 페라이트 입경이 7㎛ 이하가 아니면, 그 후에 고주파 담금질을 적용한 경우 고주파 담금질 적용부의 구오스테나이트 입경이 12㎛ 이하가 되지 않아 피로 강도가 향상되지 않는다. 따라서, 모재의 페라이트 입경은 7㎛ 이하로 한정하였다. 보다 바람직하게는 5㎛ 이하이다.If the base material structure, that is, the structure before high frequency quenching (corresponding to parts other than the surface layer quenching structure after high frequency quenching) is not a ferrite and cementite structure having a particle diameter of 7 μm or less, or a ferrite, cementite and pearlite structure having a particle size of 7 μm or less, The base material strength of 1000 Mpa or more which is the objective in this invention is not obtained. In addition, if the ferrite grain size is not 7 µm or less, when the high frequency quenching is applied thereafter, the old austenite grain size of the high frequency quenching portion does not become 12 µm or less, and thus the fatigue strength is not improved. Therefore, the ferrite particle diameter of the base material was limited to 7 micrometers or less. More preferably, it is 5 micrometers or less.

모재 조직, 즉 질화 처리 전의 조직 (질화 처리 후의 표층부 질화층 이외의 부분에 상당) 이, 입경이 7㎛ 이하인 페라이트와 세멘타이트 조직, 또는 입경이 7㎛ 이하인 페라이트와 세멘타이트와 펄라이트 조직이 아니면, 본 발명에서 목표인 1000MPa 이상의 모재 강도가 얻어지지 않는다. 또한, 페라이트 입경이 7㎛ 이하가 아니면, 그 후에 질화 처리를 실시한 경우 질화층의 페라이트 입경이 10㎛ 이하가 되지 않는다. 따라서, 모재의 페라이트 입경은 7㎛ 이하로 한정하였다. 보다 바람직하게는 5㎛ 이하이다.If the base material structure, that is, the structure before nitriding (corresponding to portions other than the surface layer nitride layer after nitriding), is not a ferrite and cementite structure having a particle diameter of 7 μm or less, or a ferrite, cementite, and pearlite structure having a particle size of 7 μm or less, The base material strength of 1000 MPa or more which is the objective in this invention is not obtained. If the ferrite grain size is not 7 µm or less, and the nitride treatment is subsequently performed, the ferrite grain size of the nitride layer does not become 10 µm or less. Therefore, the ferrite particle diameter of the base material was limited to 7 micrometers or less. More preferably, it is 5 micrometers or less.

또, 페라이트 입경이 2㎛ 이하가 되면 펄라이트 조직이 소실되어 페라이트-세멘타이트 조직이 되는 경우가 있는데, 이것은 본 발명을 저해하는 것은 아니다.Moreover, when a ferrite particle diameter becomes 2 micrometers or less, a pearlite structure may lose | disappear and it may become a ferrite-cementite structure, but this does not inhibit this invention.

또한, 석출되는 세멘타이트의 양 (조직분율) 은 체적분율 (vol%) 로 4% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 세멘타이트는 피로 강도의 향상에 기여하는 것 외에, 다량으로 미세하게 석출함으로써 균일 신장을 크게 하여 재료의 가공성을 향상시키는 효과도 있다. 여기에서, 석출된 세멘타이트의 크기는 약 1㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.5㎛ 이하이다. 그리고, 석출되는 펄라이트량은 약 20vol% 이하로 하는 것이 바람직하다. 이 펄라이트는 상기 서술한 바와 같이 전혀 석출되지 않아도 된다. 또, 세멘타이트, 펄라이트 이외의 잔부 조직은 페라이트이다. 이 페라이트량은, 가공성 확보의 관점에서 40vol% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또, 상기한 바와 같은 페라이트와 세멘타이트 조직 또는 페라이트와 세멘타이트와 펄라이트 조직은, 강재의 제조공정 중 온간 단조 공정에서 550∼700℃ 의 온도역에서 변형이 1.0 이상인 가공을 실시함으로써 바람직하게 얻을 수 있다.In addition, it is preferable that the amount (tissue fraction) of precipitated cementite is 4% or more by volume fraction (vol%). Cementite not only contributes to the improvement of the fatigue strength, but also has the effect of increasing the uniform elongation by increasing the fine deposition in large quantities to improve the workability of the material. Here, it is preferable that the size of the precipitated cementite is about 1 micrometer or less. More preferably, it is 0.5 micrometer or less. In addition, the amount of pearlite deposited is preferably about 20 vol% or less. This pearlite does not need to be precipitated at all as mentioned above. In addition, remaining structures other than cementite and pearlite are ferrite. It is preferable to make this ferrite amount into 40 volume% or more from a viewpoint of workability securing. In addition, the above-described ferrite and cementite structures or ferrite, cementite and pearlite structures can be preferably obtained by performing a process in which deformation is 1.0 or more at a temperature range of 550 to 700 ° C. in a warm forging step of a steel manufacturing process. have.

고주파 담금질 후의 표층부가 구오스테나이트 입경이 12㎛ 이하인 마르텐사이트 조직Martensite structure whose surface layer part after high frequency quenching has a former austenite particle diameter of 12 micrometers or less

구오스테나이트 입경이 12㎛ 이하가 아니면, 본 발명에서 목표인 800MPa 이상이라는 높은 굽힘 피로 강도를 얻을 수 없다. 그 때문에, 고주파 담금질 후의 조직에서의 구오스테나이트 입경은 12㎛ 이하로 한정하였다. 바람직하게는 5㎛ 이하이다.If the former austenite grain size is not 12 µm or less, high bending fatigue strength of 800 MPa or more, which is a target in the present invention, cannot be obtained. Therefore, the former austenite particle diameter in the structure after high frequency quenching was limited to 12 micrometers or less. Preferably it is 5 micrometers or less.

또, 상기한 고주파 담금질 후의 조직은 모재 조직을 입경이 7㎛ 이하인 페라이트와 세멘타이트 조직 또는 입경이 7㎛ 이하인 페라이트와 세멘타이트와 펄라이트 조직으로 한 후에, 후술하는 조건으로 고주파 담금질을 실시함으로써 얻을 수 있다.The above-described high-frequency quenched structure can be obtained by subjecting the base material structure to ferrite and cementite structure having a particle diameter of 7 μm or less, or ferrite, cementite and pearlite structure having a particle size of 7 μm or less, and then performing high frequency quenching under the conditions described below. have.

질화 처리 후의 표층부의 페라이트 입경이 10㎛ 이하Ferrite particle size of surface layer part after nitriding is 10 µm or less

질화 처리 후의 표층부, 즉 질화층의 페라이트 입경이 10㎛ 이하가 아니면, 본 발명에서 목표인 800MPa 이상이라는 높은 굽힘 피로 강도를 얻을 수 없다. 그 때문에, 질화 처리 후의 표층부 조직에서의 페라이트 입경은 10㎛ 이하로 한정하였다. 바람직하게는 5㎛ 이하이다.If the surface layer portion after the nitriding treatment, that is, the ferrite grain size of the nitride layer is not 10 µm or less, high bending fatigue strength of 800 MPa or more, which is a target in the present invention, cannot be obtained. Therefore, the ferrite particle diameter in the surface layer structure after nitriding treatment was limited to 10 micrometers or less. Preferably it is 5 micrometers or less.

또, 상기한 질화 처리 후의 표층부 조직은, 모재 조직을, 입경이 7㎛ 이하인 페라이트와 세멘타이트 조직, 또는 입경이 7㎛ 이하인 페라이트와 세멘타이트와 펄라이트 조직으로 한 후에, 후술하는 조건으로 질화 처리함으로써 얻을 수 있다.In addition, the surface layer structure after the above-mentioned nitriding treatment is performed by nitriding the base metal structure with ferrite and cementite structure having a particle diameter of 7 μm or less, or ferrite, cementite and pearlite structure having a particle size of 7 μm or less, and then subjecting to nitriding under the conditions described below. You can get it.

다음으로, 본 발명 강의 제조조건에 대하여 설명한다.Next, the manufacturing conditions of the steel of the present invention will be described.

먼저, 소정 성분 조성으로 조정한 강재를 선봉 압연(wire rod rolling)한 후 온간 단조(warm forging)한다. 온간 단조한 강재를 모재로 한다. 온간 단조한 강재에 절삭 등의 마무리 가공을 실시하여 제품화한다. 또는, 온간 단조한 강재에 필요에 따라 냉견(cold drawing) 공정을 실시한 후 고주파 담금질을 실시하여 제품으로 한다. 또는, 온간 단조한 강재에 필요에 따라 절삭 등의 공정을 실시한 후 질화 처리하여 제품화한다.First, steel rods adjusted to a predetermined component composition are subjected to wire rod rolling, followed by warm forging. It is based on warm forged steel. Warm forged steel is subjected to finishing such as cutting to commercialize. Alternatively, cold forged steels may be subjected to cold quenching if necessary, followed by high frequency quenching to obtain products. Or after performing a process, such as a cutting, as needed for a steel forging which is warm forging, it nitrides it and manufactures it.

상기 온간 단조 공정에서, 페라이트 입경을 7㎛ 이하로 하기 위해서는 550∼700℃ 의 온도역에서 변형이 1.0 이상인 가공을 실시하는 것이 유리하다. 여기에서, 가공온도가 550℃ 미만이면 조직이 가공조직 그대로이며 미세화되지 않는다. 한편, 가공온도가 700℃ 를 초과하면 결정입경이 7㎛ 를 초과하여 역시 미세화되지 않는다. 또한, 가공량이 변형에서 1.0미만이면 가공이 불충분하고 작은 각 입계(angle boundaries)가 대부분을 차지하게 되기 때문에, 강도는 물론 피로 특성이 향상되지 않는다.In the warm forging step, in order to make the ferrite grain size 7 µm or less, it is advantageous to perform processing in which the strain is 1.0 or more in the temperature range of 550 to 700 ° C. In this case, when the processing temperature is less than 550 ° C., the tissue remains as it is and does not become micronized. On the other hand, when the processing temperature exceeds 700 ° C, the grain size exceeds 7 µm and is not refined again. In addition, when the processing amount is less than 1.0 in deformation, processing is insufficient and small angle boundaries occupy most of them, so that strength and fatigue properties are not improved.

상기 모재 조직으로 한 후, 고주파 담금질을 실시하여 표층부를 경화시킨다. 이 때의 고주파 담금질 조건은 가열온도: 800∼1000℃, 주파수: 0.3∼400kHz 를 채용할 수 있다. 가열온도가 800℃ 가 되지 않으면 오스테나이트화가 불충분하고, 한편 1000℃ 를 초과하면 오스테나이트 입경이 조대해진다. 또한, 주파수가 0.3kHz 가 되지 않으면 급속하고 충분한 온도상승이 얻어지지 않고, 한편 400kHz 를 초과하면 담금질 깊이가 얕아져, 굽힘 피로 강도가 향상되지 않는다.After making it into the said base material structure, high frequency quenching is performed and hardening a surface layer part. The high frequency quenching condition at this time can employ | adopt heating temperature: 800-1000 degreeC, and frequency: 0.3-400 kHz. If the heating temperature does not reach 800 ° C, austenitization is insufficient. On the other hand, if the heating temperature exceeds 1000 ° C, the austenite grain size becomes coarse. On the other hand, if the frequency does not become 0.3 kHz, rapid and sufficient temperature rise is not obtained. On the other hand, if it exceeds 400 kHz, the quenching depth becomes shallow, and the bending fatigue strength does not improve.

상기한 모재 조직으로 한 후 질화 처리하고 표층부를 경화시켜, 내마모성을 향상시킨다. 이 때의 질화 처리 조건은 500∼650℃ 의 온도범위에서 1∼100시간, 질화 분위기 중에 유지하는 것이다. 이 질화 처리에서는 질소의 원료가 기체이어도 되고 액체이어도 된다.After making it into the said base material structure, it nitrate-processes and hardens a surface layer part and improves abrasion resistance. The nitriding treatment condition at this time is maintained in a nitriding atmosphere for 1 to 100 hours in a temperature range of 500 to 650 ° C. In this nitriding treatment, the raw material of nitrogen may be a gas or a liquid.

질화온도가 500℃ 가 되지 않으면 질소가 강 속에 들어가기 어려워 충분한 질화를 바랄 수 없다. 한편, 650℃ 를 초과하면 모재의 입자 성장을 억제하기 어려워 페라이트 입자가 조대화된다. 또한, 질화시간이 1h 이 되지 않으면 질소가 충분히 강 속에 들어가지 않기 때문에 질화의 효과가 작고, 한편 100h 를 초과하여 질화 처리해도 그 효과는 포화된다.If the nitriding temperature does not reach 500 ° C, nitrogen is difficult to enter into the river, and sufficient nitriding cannot be expected. On the other hand, when it exceeds 650 degreeC, it is difficult to suppress grain growth of a base material, and a ferrite particle coarsens. In addition, if the nitriding time is less than 1 h, since nitrogen does not sufficiently enter the river, the effect of nitriding is small, and the effect is saturated even if the nitriding treatment exceeds 100 h.

실시예 1Example 1

표 1 에 나타내는 성분 조성이 되는 강재를 봉 압연한 후, 표 2 에 나타내는 조건으로 온간 단조하여 60×60×120㎜ 의 제품을 얻었다. 이 제품에서 인장시험편, 회전 굽힘 피로 시험편 및 피삭성 시험편을 채취하였다. 제품의 페라이트 결정 입경, 세멘타이트량 및 펄라이트량 및 인장강도, 회전 굽힘 피로 강도 및 피삭성에 대해 조사한 결과를 표 2 에 병기한다. 또, 온간 단조시의 변형량은 유한요소해석법에 의해 단조면의 마찰계수를 0.3 으로 하여 산출하였다. 또, 피삭성은 외주 선삭 시험에서의 공구수명이 JIS G5101 의 SC 재와 동등 또는 그 이상인 경우를 ○, SC 재보다도 떨어지는 경우를 × 로 하여 평가하였다.After rod-rolling the steel material used as the component composition shown in Table 1, it forged warmly on the conditions shown in Table 2, and obtained the product of 60x60x120 mm. Tensile test pieces, rotational bending fatigue test pieces and machinability test pieces were taken from this product. Table 2 shows the results of investigations on the grain size of ferrite, the amount of cementite and the amount of pearlite, the tensile strength, the bending bending fatigue strength and the machinability of the product. In addition, the deformation amount at the time of warm forging was computed by the finite element analysis method which made the friction coefficient of a forging surface 0.3. In addition, machinability evaluated the case where tool life in outer turning test was equivalent or more than SC material of JIS G5101 as (circle), and the case where it fell from SC material as x.

표 2 에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 조직을 입경이 7㎛ 이하인 페라이트와 세멘타이트 조직 또는 페라이트와 세멘타이트와 펄라이트 조직으로 한 발명예는 모두 강도 ≥ 1000MPa 라는 우수한 강도가 얻어질 뿐만 아니라 회전 굽힘 피로 강도 ≥ 550MPa 라는 우수한 피로 강도를 얻을 수 있었다.As can be seen from Table 2, according to the present invention, both the ferrite and cementite or the ferrite and cementite and pearlite tissues having a particle diameter of 7 µm or less can obtain not only excellent strength of ≧ 1000 MPa. Excellent fatigue strength of rotation bending fatigue strength ≥550MPa was obtained.

이에 반하여, 단조시의 변형량이 작은 No.6 의 비교예에서는, 페라이트 입자가 미세화되지 않아 회전 굽힘 피로 강도가 낮다. 또한, 단조 온도가 낮은 No.7 의 비교예에서는 조직이 가공조직이 되고, 한편 단조 온도가 높은 No.8 의 비교예에서는 페라이트 입자가 미세화되지 않으며, 그 때문에 회전 굽힘 피로 강도가 낮다.On the other hand, in the comparative example of No. 6 with a small deformation amount at the time of forging, ferrite grains are not refined and rotational bending fatigue strength is low. In addition, in the comparative example of No. 7 having a low forging temperature, the structure became a processed structure, while in the comparative example of No. 8 having a high forging temperature, the ferrite particles did not become fine, and therefore the rotation bending fatigue strength was low.

또한 Mo 량이 과잉인 No.13 의 비교예에서는 피삭성이 저하하였다. 그리고, C 량이 부족한 No.14 의 비교예에서는 강도가 부족하고, 한편 C 가 과잉인 No.15 의 비교예에서는 피삭성의 저하를 초래하였다.In addition, in the comparative example of No. 13 in which the amount of Mo was excessive, machinability fell. And in the comparative example of No. 14 which lacks C amount, intensity | strength was insufficient, but in the comparative example of No. 15 in which C is excess, the machinability fell.

실시예 2Example 2

표 3 에 나타내는 성분 조성이 되는 강재를 봉 압연한 후, 표 4 에 나타내는 조건으로 온간 단조하여 60×60×120㎜ 의 모재를 얻었다. 이 모재에서 인장 시험편, 회전 굽힘 피로 시험편 및 피삭성 시험편을 채취하였다. 이어서, 회전 굽힘 피로 시험편에는 가열온도: 900℃, 주파수: 12kHz 의 조건으로 고주파 담금질을 하였다. 모재의 페라이트 결정 입경, 세멘타이트량, 펄라이트량, 인장강도 및 피삭성 그리고 고주파 담금질 후의 담금질 조직의 구오스테나이트 결정 입경 및 고주파 담금질 후의 시험편의 회전 굽힘 피로 강도에 대하여 조사한 결과를 표 4 에 병기한다. 또, 온간 단조시의 변형량은 유한요소해석법에 의해 단조면의 마찰계수를 0.3 으로 하여 산출하였다. 또, 피삭성은 외주 선삭 시험에서의 공구수명이 통상의 SC 재와 동등 또는 그 이상인 경우를 ○, SC 재보다도 떨어지는 경우를 × 로 하여 평가하였다.After rod-rolling the steel material used as the component composition shown in Table 3, it warm-forged on the conditions shown in Table 4, and obtained the base material of 60x60x120 mm. Tensile test pieces, rotational bending fatigue test pieces, and machinability test pieces were taken from the base material. Subsequently, high frequency quenching was performed on the rotation bending fatigue test piece on the conditions of a heating temperature of 900 degreeC and a frequency of 12 kHz. Table 4 shows the results of the ferrite crystal grain size, cementite amount, pearlite amount, tensile strength and machinability of the base material, and the austenite grain size of the quenched structure after high frequency quenching and the rotational bending fatigue strength of the test piece after high frequency quenching. . In addition, the deformation amount at the time of warm forging was computed by the finite element analysis method which made the friction coefficient of a forging surface 0.3. Moreover, machinability evaluated the case where tool life in outer turning test was equivalent to or more than normal SC material, and the case where it fell below SC material as x.

표 4 에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 모재 조직을 입경이 7㎛ 이하인 페라이트와 세멘타이트 조직 또는 입경이 7㎛ 이하인 페라이트와 세멘타이트와 펄라이트 조직으로 한 발명예는 모두 모재 강도가 1000MPa 이상이라는 우수한 강도가 얻어질 뿐만 아니라, 고주파 담금질 후의 표층부 조직도 구오스테나이트 입경이 12㎛ 이하인 미세한 마르텐사이트 조직이 되어, 회전 굽힘 피로 강도가 800MPa 이상이라는 우수한 피로 강도를 얻을 수 있었다.As can be seen from Table 4, according to the present invention, all of the examples of the base material structure having a ferrite and cementite structure having a particle diameter of 7 μm or less, or a ferrite, cementite, and pearlite structure having a particle size of 7 μm or less have a base material strength of 1000 MPa or more. Not only the excellent strength was obtained, but the surface layer structure after high frequency quenching also became a fine martensite structure having an austenite grain size of 12 µm or less, and an excellent fatigue strength with a rotation bending fatigue strength of 800 MPa or more was obtained.

이에 반하여, 모재의 페라이트 입경이 7㎛ 을 초과하고 있으면 모재 강도가 부족함과 함께 고주파 담금질 후의 구오스테나이트 입경도 조대화되어 회전 굽힘 피로 강도도 불충분하였다.On the other hand, when the ferrite particle diameter of the base material was more than 7 µm, the base material strength was insufficient, and the particle size of the austenite after high frequency quenching was also coarsened, and the rotation bending fatigue strength was also insufficient.

특히 단조 온도가 낮은 No.7 의 비교예에서는 조직이 가공조직이 되고, 한편 단조 온도가 높은 No.8 의 비교예에서는 페라이트 입자가 미세화되지 않았다. 또한, 그러한 조대인 페라이트 조직에 고주파 담금질을 하더라도, 얻어지는 마르텐사이트의 구오스테나이트 입경은 12㎛ 이하로는 되지 않았다.In particular, in the comparative example of No. 7 having a low forging temperature, the structure became a processed structure, while in the comparative example of No. 8 having a high forging temperature, the ferrite particles did not refine. In addition, even if the coarse ferrite structure is subjected to high frequency quenching, the obtained austenite grain size of martensite does not become 12 µm or less.

또한, Mo 를 첨가하지 않은 No.12 의 비교예에서는, 모재 페라이트 입자는 미세화되었지만 고주파 담금질 후의 구오스테나이트 입경이 조대해졌다. 한편, Mo 량이 과잉인 No.13 의 비교예에서는 피삭성이 저하하였다.In addition, in the comparative example of No. 12 which did not add Mo, the base material ferrite particle was refine | miniaturized but the old austenite particle size after high frequency quenching became coarse. On the other hand, in the comparative example of No. 13 in which Mo amount is excessive, machinability fell.

그리고, C 량이 부족한 No.14 의 비교예에서는 담금질되지 않고, 한편 C 가 과잉인 No.15 의 비교예에서는 피삭성의 저하를 초래하였다.In addition, in the comparative example of No. 14 in which the amount of C was insufficient, it was not quenched, while in the comparative example of No. 15 in which C was excess, the machinability was lowered.

실시예 3Example 3

표 5 에 나타내는 성분 조성이 되는 강재를 봉 압연한 후, 표 6 에 나타내는 조건으로 온간 단조하여 60×60×120㎜ 의 모재를 얻었다. 이 모재에서 인장 시험편, 회전 굽힘 피로 시험편 및 피삭성 시험편을 채취하였다. 이어서, 회전 굽힘 피로 시험편에 대해서는 표 6 에 나타내는 조건으로 질화 처리하였다. 모재의 페라이트 결정 입경, 세멘타이트량, 펄라이트량, 인장강도, 그리고 피삭성 및 질화 처리 후 표층부의 페라이트 입경 및 회전 굽힘 피로 강도에 대해 조사한 결과를 표 6 에 병기한다. 또, 온간 단조시의 변형량은 유한요소해석법에 의해 단조면의 마찰계수를 0.3 으로 하여 산출하였다. 또, 피삭성은 외주 선삭 시험에서의 공구수명이 통상의 SC 재와 동등 또는 그 이상인 경우를 ○, SC 재보다도 떨어지는 경우를 × 로 하여 평가하였다.After rod-rolling the steel material used as the component composition shown in Table 5, it forged warmly on the conditions shown in Table 6, and obtained the base material of 60x60x120 mm. Tensile test pieces, rotational bending fatigue test pieces, and machinability test pieces were taken from the base material. Next, about the rotation bending fatigue test piece, it nitrided on the conditions shown in Table 6. Table 6 lists the ferrite grain size, cementite amount, pearlite amount, tensile strength, and machinability and the ferrite grain size and rotational bending fatigue strength of the surface layer after nitriding. In addition, the deformation amount at the time of warm forging was computed by the finite element analysis method which made the friction coefficient of a forging surface 0.3. Moreover, machinability evaluated the case where tool life in outer turning test was equivalent to or more than normal SC material, and the case where it fell below SC material as x.

표 6 에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 모재 조직을 입경이 7㎛ 이하인 페라이트와 세멘타이트 조직 또는 입경이 7㎛ 이하인 페라이트와 세멘타이트와 펄라이트 조직으로 한 발명예는 모두 모재 강도가 1000MPa 이상이라는 우수한 강도가 얻어질 뿐만 아니라, 질화 처리 후의 표층부 조직도 페라이트 입경이 10㎛ 이하인 미세한 조직이 되어, 회전 굽힘 피로 강도 ≥ 800MPa 라는 우수한 피로 강도를 얻을 수 있었다. 또한, 피삭성도 우수하였다.As can be seen from Table 6, according to the present invention, all of the examples of the base material structure having a ferrite and cementite structure having a particle diameter of 7 μm or less or a ferrite, cementite, and pearlite structure having a particle size of 7 μm or less have a base material strength of 1000 MPa or more. In addition to obtaining excellent strength, the surface layer structure after nitriding also became a fine structure having a ferrite grain size of 10 µm or less, and an excellent fatigue strength of rotation bending fatigue strength ≥ 800 MPa was obtained. Moreover, the machinability was also excellent.

이에 반하여, 모재의 페라이트 입경이 7㎛ 을 초과하고 있으면 질화 처리 후의 페라이트 입경도 조대화되어 회전 굽힘 피로 강도가 불충분하였다.On the other hand, when the ferrite particle size of the base material exceeded 7 micrometers, the ferrite particle size after nitriding was also coarsened, and rotational bending fatigue strength was inadequate.

특히, 단조 온도가 낮은 No.6 의 비교예에서는 조직이 가공조직이 되고, 한편 단조 온도가 높은 No.7 및 단조시의 변형량이 작은 No.8 의 비교예에서는 페라이트 입자가 미세화되지 않았다. 또, 그러한 조대인 페라이트 조직에 질화 처리를 하더라도, 질화 영역의 페라이트 입경은 10㎛ 이하로는 되지 않았다.In particular, in the comparative example of No. 6 having a low forging temperature, the structure became a processed structure, while in the comparative example of No. 7 having a high forging temperature and No. 8 having a small deformation amount during forging, the ferrite particles were not refined. Further, even when such a coarse ferrite structure was subjected to nitriding treatment, the ferrite grain size of the nitride region did not become 10 µm or less.

또한, Mo 를 첨가하지 않은 No.13 의 비교예에서는, 모재 페라이트 입자는 미세화되었지만 질화 처리 후의 페라이트 입경이 커져 회전 굽힘 피로 강도가 불충분하였다. 그리고, C 량이 부족한 No.1 의 비교예에서는 질화 처리 후의 페라이트 입경이 조대해지고 모재 강도 및 회전 굽힘 피로 강도가 불충분하였다. 한편 C 가 과잉인 No.4 의 비교예에서는 피삭성의 저하를 초래하였다. 또, 질화 처리하지 않은 No.9 의 비교예에서는 충분한 회전 굽힘 피로 강도가 얻어지지 않았다.Moreover, in the comparative example of No. 13 which did not add Mo, the base material ferrite particle was refine | miniaturized, but the ferrite particle size after nitriding process became large and rotation bending fatigue strength was inadequate. In the comparative example of No. 1 lacking the amount of C, the ferrite grain size after nitriding was coarse, and the base material strength and the rotation bending fatigue strength were insufficient. On the other hand, in the comparative example of No. 4 in which C is excess, the machinability was reduced. Moreover, in the comparative example of No. 9 which did not nitride, sufficient rotation bending fatigue strength was not obtained.

본 발명에 의하면, 모재 강도가 1000MPa 이상이고 회전 굽힘 피로 강도가 550MPa 이상, 또는 회전 굽힘 피로 강도가 800MPa 이상인, 우수한 강도와 피로 강도를 겸비한 고강도 강재를 안정적으로 얻을 수 있다.According to the present invention, it is possible to stably obtain a high-strength steel having excellent strength and fatigue strength, in which the base material strength is 1000 MPa or more, the rotation bending fatigue strength is 550 MPa or more, or the rotation bending fatigue strength is 800 MPa or more.

Claims (16)

C: 0.3∼0.8질량%, C: 0.3-0.8 mass%, Si: 0.01∼0.9질량% 및Si: 0.01-0.9 mass% and Mn: 0.01∼2.0질량%Mn: 0.01-2.0 mass% 를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불가피 불순물의 조성이 되고, 조직은 입경이 7㎛ 이하인 페라이트와 세멘타이트 조직, 또는 입경이 7㎛ 이하인 페라이트와 세멘타이트와 펄라이트 조직인 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 고강도 강재.And the balance is composed of Fe and unavoidable impurities, and the structure is a ferrite and cementite structure having a particle diameter of 7 μm or less, or a ferrite, cementite and pearlite structure having a particle size of 7 μm or less, and has excellent fatigue strength. Steel. 제 1 항에 있어서, 추가로,The method of claim 1 further comprising: Mo: 0.05∼0.6질량%Mo: 0.05-0.6 mass% 를 함유하는 조성이 되는 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 고강도 강재.A high strength steel having excellent fatigue strength, characterized by being a composition containing a. 제 2 항에 있어서, 추가로The method of claim 2, further Al: 0.015∼0.06질량%, Al: 0.015-0.06 mass%, Ti: 0.005∼0.030질량%, Ti: 0.005-0.030 mass%, Ni: 1.0질량% 이하, Ni: 1.0 mass% or less, Cr: 1.0질량% 이하, Cr: 1.0 mass% or less, V: 0.1질량% 이하, V: 0.1 mass% or less, Cu: 1.0질량% 이하, Cu: 1.0 mass% or less, Nb: 0.05질량% 이하, Nb: 0.05 mass% or less, Ca: 0.008질량% 이하 및Ca: 0.008 mass% or less and B: 0.004질량% 이하B: 0.004 mass% or less 중에서 선택한 1종 또는 2종 이상을 함유하는 조성이 되는 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 고강도 강재.A high strength steel having excellent fatigue strength, characterized by being a composition containing one or two or more selected from among them. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 세멘타이트의 조직분율이 4vol% 이상인 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 고강도 강재.The high-strength steel having excellent fatigue strength according to claim 1, 2 or 3, wherein the cementite has a structure fraction of 4 vol% or more. 제 2 항에 있어서, 추가로 고주파 담금질 후의 표층부가 구오스테나이트(prior austenite) 입경이 12㎛ 이하인 마르텐사이트 조직이 되는 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 고강도 강재. 3. The high strength steel having excellent fatigue strength according to claim 2, wherein the surface layer portion after high frequency quenching is a martensite structure having a prior austenite particle diameter of 12 µm or less. 제 5 항에 있어서, 추가로 The method of claim 5, further comprising Al: 0.015∼0.06질량%, Al: 0.015-0.06 mass%, Ti: 0.005∼0.030질량%, Ti: 0.005-0.030 mass%, Ni :1.0질량% 이하, Ni: 1.0 mass% or less, Cr: 1.0질량% 이하,Cr: 1.0 mass% or less, V: 0.1질량% 이하, V: 0.1 mass% or less, Cu: 1.0질량% 이하, Cu: 1.0 mass% or less, Nb: 0.05질량% 이하, Nb: 0.05 mass% or less, Ca: 0.008질량% 이하 및Ca: 0.008 mass% or less and B: 0.004질량% 이하B: 0.004 mass% or less 중에서 선택한 1종 또는 2종 이상을 함유하는 조성이 되는 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 고강도 강재.A high strength steel having excellent fatigue strength, characterized by being a composition containing one or two or more selected from among them. 제 2 항에 있어서, 추가로,The method of claim 2, further comprising: 질화 처리 후의 표층부의 페라이트 입경이 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 강재의 표층부에 질화 처리에 의한 경화층을 구비하는 고강도 강재.The ferrite grain size of the surface layer part after nitriding is 10 micrometers or less, The high strength steel provided with the hardened layer by nitriding in the surface layer part of steel materials excellent in fatigue strength. 제 7 항에 있어서, 추가로,The method of claim 7, further comprising: Al: 0.015∼0.06질량%, Al: 0.015-0.06 mass%, Ti: 0.005∼0.030질량%, Ti: 0.005-0.030 mass%, Ni: 1.0질량% 이하, Ni: 1.0 mass% or less, Cr: 1.0질량% 이하, Cr: 1.0 mass% or less, V: 0.1질량% 이하, V: 0.1 mass% or less, Cu: 1.0질량% 이하, Cu: 1.0 mass% or less, Nb: 0.05질량% 이하, Nb: 0.05 mass% or less, Ca: 0.008질량% 이하, 및Ca: 0.008 mass% or less, and B: 0.004질량% 이하 B: 0.004 mass% or less 중에서 선택한 1종 또는 2종 이상을 함유하는 조성이 되는 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 고강도 강재.A high strength steel having excellent fatigue strength, characterized by being a composition containing one or two or more selected from among them. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 모재 조직 중에서의 세멘타이트의 조직분율이 4vol% 이상인 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 고강도 강재.The high-strength steel having excellent fatigue strength according to claim 7 or 8, wherein the structure fraction of cementite in the base metal structure is 4 vol% or more. C: 0.3∼0.8질량%, C: 0.3-0.8 mass%, Si: 0.01∼0.9질량% 및Si: 0.01-0.9 mass% and Mn: 0.01∼2.0질량% Mn: 0.01-2.0 mass% 를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불가피 불순물의 조성이 되는 강소재를 550∼700℃ 의 온도역에서 변형이 1.0 이상인 가공을 실시하는 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 고강도 강재의 제조방법.Wherein the remainder is subjected to processing with a strain of 1.0 or more at a temperature in the range of 550 to 700 ° C. in which the remainder is composed of Fe and unavoidable impurities. 제 10 항에 있어서, 강소재가, 추가로The steel material according to claim 10, further comprising Mo: 0.05∼0.6질량% Mo: 0.05-0.6 mass% 를 함유하는 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 고강도 강재의 제조법.A method for producing a high strength steel having excellent fatigue strength, characterized by containing a. 제 11 항에 있어서, 강소재가, 추가로The steel material according to claim 11, wherein the steel material is further Al: 0.015∼0.06질량%, Al: 0.015-0.06 mass%, Ti: 0.005∼0.030질량%, Ti: 0.005-0.030 mass%, Ni: 1.0질량% 이하, Ni: 1.0 mass% or less, Cr: 1.0질량% 이하, Cr: 1.0 mass% or less, V: 0.1질량% 이하, V: 0.1 mass% or less, Cu: 1.0질량% 이하, Cu: 1.0 mass% or less, Nb: 0.05질량% 이하, Nb: 0.05 mass% or less, Ca: 0.008질량% 이하 및Ca: 0.008 mass% or less and B: 0.004질량% 이하B: 0.004 mass% or less 중에서 선택한 1종 또는 2종 이상을 함유하는 조성이 되는 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 고강도 강재의 제조방법.A method for producing a high strength steel having excellent fatigue strength, characterized in that the composition contains one or two or more selected from among them. 제 11 항에 있어서, The method of claim 11, 강소재를, 550∼700℃550 ~ 700 ℃ for steel 의 온도역에서 변형이 1.0 이상인 가공을 실시하고, 그 후에 고주파 담금질을 실시하는 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 고강도 강재의 제조방법.A method for producing a high strength steel having excellent fatigue strength, wherein the deformation is performed at a temperature range of 1.0 or more, followed by high frequency quenching. 제 13 항에 있어서, 강소재가, 추가로,The method of claim 13, wherein the steel material, Al: 0.015∼0.06질량%, Al: 0.015-0.06 mass%, Ti: 0.005∼0.030질량%, Ti: 0.005-0.030 mass%, Ni: 1.0질량% 이하, Ni: 1.0 mass% or less, Cr: 1.0질량% 이하, Cr: 1.0 mass% or less, V: 0.1질량% 이하, V: 0.1 mass% or less, Cu: 1.0질량% 이하,Cu: 1.0 mass% or less, Nb: 0.05질량% 이하, Nb: 0.05 mass% or less, Ca: 0.008질량% 이하 및Ca: 0.008 mass% or less and B: 0.004질량% 이하B: 0.004 mass% or less 중에서 선택한 1종 또는 2종 이상을 함유하는 조성이 되는 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 고강도 강재의 제조방법.A method for producing a high strength steel having excellent fatigue strength, characterized in that the composition contains one or two or more selected from among them. 제 11 항에 있어서, The method of claim 11, 강소재를, 550∼700℃ 의 온도역에서 변형이 1.0 이상인 가공을 실시하고, 그 후에 표층부에 질화 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 고강도 강재의 제조방법.A method for producing a high strength steel having excellent fatigue strength, wherein the steel material is subjected to processing having a strain of 1.0 or more at a temperature range of 550 to 700 ° C., followed by nitriding treatment on the surface layer portion. 제 15 항에 있어서, 강소재가, 추가로The steel material according to claim 15, further comprising: Al: 0.015∼0.06질량%, Al: 0.015-0.06 mass%, Ti: 0.005∼0.030질량%, Ti: 0.005-0.030 mass%, Ni: 1.0질량% 이하, Ni: 1.0 mass% or less, Cr: 1.0질량% 이하, Cr: 1.0 mass% or less, V: 0.1질량% 이하, V: 0.1 mass% or less, Cu: 1.0질량% 이하, Cu: 1.0 mass% or less, Nb: 0.05질량% 이하, Nb: 0.05 mass% or less, Ca: 0.008질량% 이하 및Ca: 0.008 mass% or less and B: 0.004질량% 이하B: 0.004 mass% or less 중에서 선택한 1종 또는 2종 이상을 함유하는 조성이 되는 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 고강도 강재의 제조방법.A method for producing a high strength steel having excellent fatigue strength, characterized in that the composition contains one or two or more selected from among them.
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